含有噻唑衍生物的有机敏化染料的设计合成及光伏性能研究

【摘要】：含有噻唑及其衍生物的有机光电功能材料,由于其特有的n型半导体材料特性,广泛应用于各种光电领域,然而其在染料敏化太阳能电池中却鲜有应用。因此将此类拉电子基团应用到有机染料中,构造D-A-π-A结构的有机光敏染料,可以有效的降低染料分子的带隙并拓宽吸收,同时调节染料分子的LUMO/HOMO能级。因此,本论文围绕着噻唑类有机光敏染料作了一系列尝试,具体研究内容如下：(1)基于并噻唑基团的平面性和拉电子特性,设计并制备了四个含有不同烷氧基链长度的有机光敏染料,通过比较四个染料的光物理、电化学以及光伏性能,发现带有不同烷氧基链的染料由于具有极其类似的电子结构,因而表现出了非常接近的光物理和电化学性质。但是,相应的准固态染料敏化的太阳能电池却表现出了完全不同的电池性能,其中含有两个辛氧基的染料所组装的准固态电池在标准太阳光下获得了5.1%的能量转化效率。(2)基于氟代苯并噻二唑对LUMO能级的调控能力,设计并制备了单氟或双氟取代的苯并噻二唑类有机染料,分别获得了含有一个给电子基团和两个给电子基团的染料分子。当两个染料吸附于TiO2薄膜后,其吸收光谱均覆盖了整个可见光区,表现出了很好的光响应特性。然而,将两个染料组装于染料敏化太阳能电池中后,电池的电流较小,这是因为氟原子的引入拉低了LUMO能级,造成了电荷注入驱动力不足。因此,我们通过调节TiO2导带边能级以及调控电解质中添加剂的含量等手段,使电池性能得到了提升。(3)基于吡啶吡噻二唑对染料吸收光谱的调控能力,设计并制备了含有吡啶并噻二唑基团的有机染料。通过这样的分子设计成功地拓宽了染料分子的吸收,使其延伸到了近红外光区,以更加充分地吸收太阳光。然而由于吡啶并噻二唑过强的缺电子特性,造成其LUMO能级降低过多,使得染料在光照激发后产生的大量电子无法有效地注入到Ti02导带中。我们通过调节TiO2导带边能级来提高电荷注入效率,使得相应的染料敏化电池效率提高了8倍。

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容